(57)【要約】  【課題】  打抜き加工でダイの厚みが厚くなるとカス詰まりが発生しやすくなるので、厚みを薄くすると同時に、万一カス詰まりが発生しても破損することのない打抜き加工ダイを提供する。  【解決手段】    複数の打抜き孔８を有する打抜き加工ダイ４であって、打抜き加工の際に発生するせん断抵抗とダイの打抜き孔７の内側面に作用する摩擦抵抗を求める一方、複数の打抜き孔７の最小間隔に対応する幅寸法のはりを仮定し、このはりに前記せん断抵抗と摩擦抵抗が作用した場合の、はり厚みに対応する曲げ応力を求め、この曲げ応力の分布から、最大曲げ応力を発生するダイ厚み以下であって、且つ、ダイの材料強度（抗折強度）×０．４５以下の曲げ応力となる厚みを求め、その厚みで製作してなる。  【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の打抜き孔を有する打抜き加工ダイであって、打抜き加工の際に発生するせん断抵抗とダイの打抜き孔の内側面に作用する摩擦抵抗を求める一方、複数の打抜き孔の最小間隔に対応する幅寸法のはりを仮定し、このはりに前記せん断抵抗と摩擦抵抗が作用した場合の、はり厚みに対応する曲げ応力を求め、この曲げ応力の分布から、最大曲げ応力を発生するダイ厚み以下であって、且つ、ダイの材料強度（抗折強度）×０．４５以下の曲げ応力となる厚みを求め、その厚みで製作してなることを特徴とする打抜き加工ダイ。
【請求項２】
複数の打抜き孔を有する打抜き加工ダイの製作方法であって、打抜き加工の際に発生するせん断抵抗とダイの打抜き孔の内側面に作用する摩擦抵抗を求める一方、複数の打抜き孔の最小間隔に対応する幅寸法のはりを仮定し、このはりに前記せん断抵抗と摩擦抵抗が作用した場合の、はり厚みに対応する曲げ応力を求め、この曲げ応力の分布から、最大曲げ応力を発生するダイ厚み以下であって、且つ、ダイの材料強度（抗折強度）×０．４５以下の曲げ応力となる厚みを求め、その厚みでダイを製作してなることを特徴とする打抜き加工ダイの製作方法。
【請求項３】
請求項２に記載の打抜き加工ダイの製作方法において、ブロック状のダイ素材を用い、そのダイ素材に所定形状の打抜き孔を加工した後、所定のダイ厚みにスライスして製作してなる打抜き加工ダイの製作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、打抜き加工ダイ及びその製作方法に関し、特にはリードフレームなどの打抜き加工に使用される打抜き加工ダイ及びその製作方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リードフレーム、コネクタなどの製造には打抜き加工ダイとパンチ（以下単にダイ、パンチと称す）を使用して金属の薄板（以下ワークと称す）を打ち抜く打抜き加工が行なわれる。この打抜き加工では、図８に示すように、ダイ２１上に送り込まれたワーク２２をパンチ２３で打ち抜くが、その際抜きカス２４が発生する。この抜きカス２４は、本来ならばダイ２１の打抜き孔２５内に納まって下方に落下するのであるが、打抜き後のパンチ２３の上昇に伴って図８ａのように抜きカス２４が上がるカス上がりが発生し、打抜き製品を損なうことがある。また一方、抜きカス２４が打抜き孔２５内を落下せずに、図８ｂに示すようにカス詰まりを発生することがある。このカス詰まりが発生すると、打抜き孔２５内面に非常に大きな力が加わりダイ２１が割れることになる［特開２００２−１９２２５４号公報（特許文献１）参照］。
【０００３】
上記の問題に対する対策として図９に示すような対策がとられている。すなわち、図９ａ、ｂに示す分割ダイは、１つのダイ２６を２分割以上して製作したダイ片２７を組合わせてなり、ダイ２６の打抜き孔２５の内側面に放電により突起２８を付与し、その突起２８で抜きカス２４を押さえパンチ２３から脱離させ、その下部ではダイ２６とパンチ２３のクリアランスにより抜きカス２４を落とすというものである。この分割ダイ２６の場合、２分割以上のダイ片２７の組立て調整が必要である。また、分割していない一体ダイ２１（図８参照）では放電による突起２８を付与することができないという問題がある。
【０００４】
図９ｃに示すダイは、打抜き孔２５の内側面に微小なへこみ２９を加工したダイ３０であって、打抜き孔２５の内側面のへこみ２９によって部分的に内側面と抜きカス２４との摩擦抵抗を増加させ、抜きカス２４を保持し、カス上がりを防止する。この微小なへこみ２９は、打抜き孔２５の内側面に傾斜して加工したものであってもよい［特開平７−２１４１９０号公報（特許文献２）参照］。しかし、このダイ３０の場合も、微小なへこみ２９は、例えば放電加工などにより加工されるため、分割していない一体ダイ２１の状態で加工することができないという問題、あるいは一体ダイ２１の状態で加工できたとしても、その加工は複雑でコスト高となる問題がある。また、微小なへこみ２９が製品に転写されることが懸念される。
【０００５】
図９ｄに示すダイは、打抜き孔２５の内側面３１を微小なテーパ形状に加工したテーパダイ３２であって、打抜き孔２５の内側面の下方向への断面積の増加によりダイ上部で抜きカス２４を数枚保持してカス上がりを防止し、それ以上の抜きカス２４はテーパによるクリアランスの増加により下方へ落とし、抜きカス２４の詰まりによるダイ割れを防止するものである。しかし、このテーパダイ３２の場合、抜きカス２４の詰まり、抜きカス２４のカス上がりを確実に防止するためには、テーパを非常に高い精度で加工する必要があり、またテーパダイ３２全体が超硬材のためテーパダイ３２の材料費が高くなる問題がある。
【０００６】
一方、本出願人は、上述の事情に鑑み、この種の打抜き加工ダイについて鋭意検討、研究を行なった結果、図１０に示す如き形状の打抜き加工用複合ダイを開発するに至った。この打抜き加工用複合ダイ３３は、上述した従来のダイと比較して厚さの薄いダイ部３４とこのダイ部３４の打抜き孔３５に対し約０．２ｍｍ程度のクリアランスＣを設けた打抜き孔３６を有するマウンティングブロック部３７とを備えてなる。この打抜き加工用複合ダイ３３の場合、ダイ部３４で抜きカス３８をダイ部３４の厚さ分だけ保持し、それ以外はマウンティングブロック部３７のクリアランスＣにより打抜き孔３６より打抜き加工用複合ダイ３３の外部に落とすものである。しかし、打抜き加工用複合ダイ３３に打抜き孔３５が複数ある場合、ダイ部３４の厚さを厚くすると、カス詰まりと同じ現象となりダイ部３４が破損する問題が見出された。また薄すぎる場合は強度不足によりダイ部３４が破損する恐れが懸念された。なお、図において、３９は被打抜き材、４０はパンチを示す。
【特許文献１】特開２００２−１９２２５４号公報
【特許文献２】特開平７−２１４１９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の如き事情に基づいてなしたものであって、その目的は、打抜き加工でダイの厚みが厚くなるとカス詰まりが発生しやすくなるので、厚みを薄くすると同時に、万一カス詰まりが発生しても破損することのない打抜き加工ダイとそのダイの製作方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明（請求項１）に係る打抜き加工ダイは、複数の打抜き孔を有する打抜き加工ダイであって、打抜き加工の際に発生するせん断抵抗とダイの打抜き孔の内側面に作用する摩擦抵抗を求める一方、複数の打抜き孔の最小間隔に対応する幅寸法のはりを仮定し、このはりに前記せん断抵抗と摩擦抵抗が作用した場合の、はり厚みに対応する曲げ応力を求め、この曲げ応力の分布から、最大曲げ応力を発生するダイ厚み以下であって、且つ、ダイの材料強度（抗折強度）×０．４５以下の曲げ応力となる厚みを求め、その厚みで製作してなるものである。
【０００９】
また、本発明（請求項２）に係る打抜き加工ダイの製作方法は、複数の打抜き孔を有する打抜き加工ダイの製作方法であって、打抜き加工の際に発生するせん断抵抗とダイの打抜き孔の内側面に作用する摩擦抵抗を求める一方、複数の打抜き孔の最小間隔に対応する幅寸法のはりを仮定し、このはりに前記せん断抵抗と摩擦抵抗が作用した場合の、はり厚みに対応する曲げ応力を求め、この曲げ応力の分布から、最大曲げ応力を発生するダイ厚み以下であって、且つ、ダイの材料強度（抗折強度）×０．４５以下の曲げ応力となる厚みを求め、その厚みでダイを製作してなるものである。
【００１０】
また、上記請求項２に記載の打抜き加工ダイの製作方法においては、ブロック状のダイ素材を用い、そのダイ素材に所定形状の打抜き孔を加工した後、所定のダイ厚みにスライスして製作することが望ましい。
【００１１】
本発明者等は、上記背景技術で述べた如き調査、検討と共に、カス詰まりによるダイ割れを防止するためダイの厚みを厚くして強度を高めた打抜き加工ダイについても試行した。その結果、以下に説明するような事象を見出し、上記の本発明を完成したものである。
【００１２】
すなわち、打抜き加工ダイには被打抜き材のせん断荷重や打抜き孔内部に残留した抜きカスにより打抜き孔の内側面に作用する摩擦抵抗が発生している。そのうえ、抜き形状により前記せん断荷重や摩擦抵抗は複雑に変化するため、抜き形状や被打抜き材の材質によりダイの厚みの最適値が変化する問題がある。特にリードフレームの打抜きのように微細な抜き形状が隣接するようなダイでは、図１に示すようにダイ１の打抜き孔２の間は幅の狭いはり状態のはり部分３となっており、前記せん断抵抗と摩擦抵抗により曲げおよびねじりが生じる。
【００１３】
例えば、上記せん断抵抗と摩擦抵抗により単純な曲げが発生した場合の打抜き孔２の間のはり部分３の曲げ応力を計算して見ると、次のようになる。
被打抜き材をせん断加工する際のせん断抵抗は、被打抜き材の材質と厚みおよび打抜き孔２の打抜き輪郭長さによって決まり、次式にて算出できる。
Ｆ＝τ×ｔ×ｌ              （１）
ここで、Ｆ：せん断抵抗（Ｎ）、τ：せん断応力（Ｐａ）、ｔ：被打抜き加工物の板厚（ｍｍ）、ｌ：打抜き輪郭長さ（ｍｍ）を表す。（１）式から明らかなように、このせん断抵抗Ｆはダイ１の厚みに関係なく発生するため、薄型ダイの厚みはこのせん断抵抗Ｆに耐えることが最低条件となる。
【００１４】
次に、ダイ１の打抜き孔２の内部に作用する抜きカスによる摩擦抵抗は、抜きカスとダイの接触幅であるダイ１の厚みと大きな関係があり、次式で表される。
Ｐ＝ａ×ｈ×ｌ              （２）
ここで、Ｐ：摩擦抵抗（Ｎ）、ａ：単位接触面積当たりの摩擦抵抗（Ｐａ）、ｈ：ダイ１の厚み（ｍｍ）を表す。（２）式から明らかなようにダイ１の打抜き孔２の内側面に作用する摩擦抵抗Ｐはダイ１の厚みｈに比例する。すなわちダイ１が厚くなれば、ダイ自体の強度は増加することは明白である。
【００１５】
また、ダイ１の打抜き孔２の間のはり部分３の断面２次モーメントは、次式で表すことができる。
Ｉ＝ｂｈ3／１２            （３）
ここで、Ｉ：断面２次モーメント、ｂ：打抜き孔２の間隔又はその間のはり部分３の幅（ｍｍ）を表す。（３）式から、はり部分３の断面２次モーメントはダイ１の厚みｈの３乗に比例することがわかる。
【００１６】
そこで、ダイ１の打抜き孔２間のはり部分３を図２に示すように両端単純支持のはりモデルと仮定すると、被打抜き加工材のせん断荷重Ｆや打抜き孔２の内部に残留した抜きカスにより打抜き孔２の内側面に作用する摩擦抵抗Ｐは、前記はり部分３に対して鉛直下向きに作用する分布荷重と考えることができる。このはりモデルからはり部分３に作用する曲げ応力を見てみると一般的に図３のようになる。
【００１７】
図３から明らかなように、あるダイ厚み（約１１ｍｍ）で曲げ応力が最大値となり、その厚みより小さい厚みで曲げ応力が最小となる厚み（約２〜３ｍｍ）が存在することがわかる。また、ダイの厚みを厚く（１１ｍｍ超）することにより曲げ応力を減少させることもできる。それ故、従来であれば、曲げ応力を減少させる一方で強度を高めることができることからダイの厚みを厚く（１５ｍｍ超）形成することが好ましいことになるが、背景技術で述べたようにダイ厚みを厚くしてもカス詰まりが発生してダイ割れが起こる。またダイの超硬材などの材料費が高くなる問題がある。そこで、本発明者等は、ダイ厚みを薄くして曲げ応力を減少させた場合に注目し、試験打抜きを行った。その結果、ダイ厚みを、曲げ応力のがダイの材料強度（抗折強度）×０．４５よりも低くなるダイ厚み（図３において約１〜６ｍｍ）であれば、打抜き孔内に抜きカスが詰まりにくくなり、また仮にカス詰まりが生じても詰まるカスの量が少なくダイ割れを起こす応力に至らないことを見出した。またダイ厚みを薄くして曲げ応力を減少させた場合、材料費および製作費の点で効果が大きい。しかし、厚みを更に薄くすると、ダイ自体の強度不足が懸念されダイが破損する恐れがある。このようなことから本発明が成された。
【００１８】
なお、この傾向は、ダイ形状によりねじりが発生した場合も同様であり、また、へこみを加工したダイ、テーパダイ、複合ダイなどダイの形態を問わず同様な応力状態となることは明らかである。また、ダイに作用する応力が最小となるダイ厚みを求める方法は、上述のような解析的な手法に限るものではなく、実験的な手法で求めることもできる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、打抜き加工で発生する抜きカスによるカス詰まりやカス上がりを発生しにくくできるとともに、万一カス詰まりが発生してもダイの破損が防止できる。また、ダイ厚みが必要以上に厚く製作されていないため、ダイの材料費および製作費の軽減が期待できる上に、打抜き製品の破損も軽減でき製品歩留の向上が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図４は、本発明に係る複合ダイの説明図であって、ａは全体斜視図、ｂはａのＸ部拡大斜視図である。
【００２１】
複合ダイ４は、ダイ部５とマウンティングブロック部６とを備えて構成され、ダイ部５には打ち抜かれて製品となる形状と同形状の打抜き孔７が、またマウンティングブロック部６には前記打抜き孔７よりもやや大きい（約０．２ｍｍ程度のクリアランスとなる大きさ）打抜き孔８がそれぞれ形成されている。
【００２２】
上記複合ダイ４は、厚み０．４ｍｍの銅合金を打ち抜くためのもので、この銅合金の薄板を打抜き対象としてダイ部５の厚みを上述した解析要領で求めた。なお、このときの解析条件は以下の通りである。
（解析条件）
銅合金のせん断応力      ：１７．２ｋｇｆ／ｍｍ2
抜きカスの摩擦力        ：２．５ｋｇｆ／ｍｍ2
ダイ部の超硬材のヤング率：５７０００ｋｇｆ／ｍｍ2
ダイ部の超硬材の抗折強度：１７０ｋｇｆ／ｍｍ2
マウンティングブロック部の鋼材のヤング率：２１００ｋｇｆ／ｍｍ2
パンチの打ち込み深さ    ：０．６ｍｍ
【００２３】
上記解析条件を基にして求めた、複合ダイ４のダイ部５の厚みと曲げ応力の算出結果は図５に示す通りである。この結果において、ダイ部５の厚みが約３．５ｍｍのとき曲げ応力はダイ材の抗折強度×０．４５よりも小さくなり、厚み１．５ｍｍで最小値となる。本加工では厚み１．５〜３．５ｍｍで上記ダイ部５を成形した。
【００２４】
因みに、上記構成の複合ダイ４を用いて厚み０．４ｍｍの銅合金の打抜き加工を行ったが、カス上がりは無く、また加工途中の観察ではカスが数枚止まっているのが観察されたものの、ダイ部の破損はもとより、カス詰まりも無く、打抜き加工ができた。
【００２５】
次に、複合ダイのダイ部の製作方法を説明する。図６は、複合ダイのダイ部の製作方法を説明するための説明図である。
【００２６】
この図６に示すように、ダイ部９は、厚いブロック状の超硬材１０からワイヤカット１１により所定の外形形状及び打抜き孔１２を加工した後、個々のダイ部９の厚みにスライス加工することにより同時に複数枚製作される。このような製作方法であれば、従来の単品ダイの製作方法でダイ部９を製作するのと比較してダイ部９が安価に製作でき、また、予め打抜き孔１２や外形形状を加工した後に複数枚にスライス加工しているため、ダイ部９毎の形状のばらつきがほとんどなくなる。このため、本製作方法で製作したダイ部９により加工したリードフレームなどの製品は、ダイ部９毎の形状ばらつきを従来の単品ダイの製作方法で製作したダイと比較して著しく低減することができる。なお、このことは、へこみを加工したダイ、テーパダイなどのダイに対しても同様である。
【００２７】
また、本製作方法により製作した複合ダイは、上記のように従来の単品ダイの製作方法で製作したダイと比較して、製作コストも材料費も低く抑えることができる。このため、従来では、図７のようにダイの摩耗による製品（リードフレーム）形状誤差の増加と製品の寸法公差から決定されていたダイの交換サイクルをダイのコスト低減量と反比例して短くすることができる。ダイの使用時間に対し製品形状誤差は二次関数的に増加することが知られており、逆にダイの交換サイクルを短くすることにより、製品の寸法ばらつきを著しく低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る打抜き加工ダイの斜視図である。
【図２】本発明に係る打抜き加工ダイの打抜き孔間のはり部分を両端単純支持のはりモデルと仮定した場合の説明図である。
【図３】図２のはり部分（ダイ）の厚みと曲げ応力の関係を示すグラフ図である。
【図４】本発明に係る複合ダイの説明図であって、ａは全体斜視図、ｂはａのＸ部拡大斜視図である。
【図５】図４のはり部分（ダイ）の厚みと曲げ応力の関係を示すグラフ図である。
【図６】本発明に係る複合ダイのダイ部の製作方法を説明するための説明図である。
【図７】製品の形状誤差に対するダイの交換サイクル短縮による品質向上効果を説明するためのグラフ図であって、ａは従来のダイの場合、ｂは本発明のダイの場合である。
【図８】打抜き加工状態の説明図である。
【図９】従来の打抜き加工ダイの説明図であって、ａとｂは分割ダイ、ｃはへこみを加工したダイ、ｄはテーパダイの場合である。
【図１０】先に開発した複合ダイの説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１：ダイ                ２：打抜き孔            ３：はり部分
４：複合ダイ            ５：ダイ部
６：マウンティングブロック部                    ７、８：打抜き孔
９：ダイ部            １０：ブロック状超硬材  １１：ワイヤカット
１２：打抜き孔
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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